[发明专利]连铸工艺过程中铸坯鼓肚量的预测方法

说明书

本发明提供一种连铸工艺过程中铸坯鼓肚量的预测方法，包括：采用二维瞬态模型，建立温度场模型和位移场模型,进行铸坯温度场计算及铸坯鼓肚量计算；采用生死单元方法，经循环计算获得连铸过程中铸坯鼓肚量；其中，建立密排辊与铸坯接触模型以及矫直辊与铸坯接触模型，并于铸坯经过密排辊和矫直辊的时间点压下，以模拟密排辊和矫直辊对铸坯鼓肚的约束作用。本发明采用有限元的生死单元技术，能够模拟铸坯在拉坯过程中的坯壳生长过程以及坯壳鼓肚量在拉坯过程中的累积效应；可有效降低模型计算规模，提高计算速度和计算精度；能有效考虑密排辊、矫直辊对鼓肚的约束作用，使最终凝固成型时的铸坯鼓肚量更接近真实情况。

技术领域

本发明属于钢铁连铸行业技术领域，特别是涉及一种连铸工艺过程中铸坯鼓肚量的预测方法。

背景技术

近年来，随着钢铁产量逐年攀升，对连铸技术提出了更高的挑战，尤其是在超高拉速小方坯连铸、大方坯连铸、板坯连铸过程中，由于连铸坯坯壳厚度较薄，在钢水静压力作用下会产生鼓肚，进而引起连铸坯的内裂纹和中心偏析，同时鼓肚会产生较大拉坯阻力，严重时会阻碍连铸坯运行，造成浇筑事故。鼓肚量计算涉及到温度场-结构场耦合、固-液相变转换、液芯压力边界不断变动等难点，采用传统有限元计算难以完成，目前国内尚无成熟的鼓肚量计算及预测方法，部分文献中提出采用建立连铸坯三维模型，导入温度场，计算在静钢水压力作用下的鼓肚量，但该方法只能计算铸坯在某一个位置处的鼓肚量，无法考虑鼓肚量在连铸过程中的积累效应，同时也无法考虑密排辊、矫直辊等的压下对鼓肚量的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连铸工艺过程中铸坯鼓肚量的预测方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种连铸工艺过程中铸坯鼓肚量的预测方法，包括：

采用二维瞬态模型，建立温度场模型和位移场模型，进行铸坯温度场计算及铸坯鼓肚量计算，所述温度场模型用于计算铸坯在结晶器、二冷区、矫直区过程中的温度变化，所述位移场模型用于计算铸坯在钢水静压力作用下的铸坯鼓肚量变化；

采用生死单元方法，经循环计算获得连铸过程中铸坯鼓肚量；

其中，建立密排辊与铸坯接触模型和矫直辊与铸坯接触模型，并于铸坯经过密排辊和矫直辊的时间点压下，以模拟密排辊和矫直辊对铸坯鼓肚的约束作用。

本发明通过有限元二维瞬态模型计算连铸坯在连铸工艺过程中的温度场变化历程及在钢水静压力作用下的鼓肚量，通过生死单元方法模拟铸坯坯壳的生成过程，并不断改变载荷加载位置，模拟钢水静压力对坯壳的影响，同时还考虑了连铸坯经过密排辊和矫直辊时对鼓肚的约束行为。

可选地，在所述温度场模型的计算过程中，采用定时间步长输出各个时间点的温度场信息及单元的节点信息，用以与所述位移场模型进行数据传输。

可选地，在所述位移场模型的计算过程中，实时读取所述温度场模型在对应时间点处的温度场信息及单元的节点信息。

可选地，在所述位移场模型的计算过程中，在初始时刻选取温度值高于零强度线的单元并采用生死单元方法杀死，用于模拟铸坯初始坯壳生成过程，并于筛选后的单元内表面施加钢水静压力，用于计算铸坯鼓肚量，形成初始坯壳模型。

可选地，在所述位移场模型计算铸坯鼓肚量的过程中，在下一时刻，选取温度值低于零强度线的单元，并采用生死单元方法在所述坯壳模型下激活，形成新的坯壳模型，施加对应时刻的钢水静压力，计算对应时间点的鼓肚量，并进行循环计算。

可选地，所述循环计算直至温度值高于零强度线的单元数量为零时终止，并获得终止时刻坯壳模型形状及鼓肚量。

可选地，所述钢水静压力的数值随时间变化，且等于对应时间点处铸坯横截面中心所在位置的钢水静压力。

可选地，所述密排辊及矫直辊采用刚体模型。